Vor drei Milliarden
Jahren schien die Katastrophe unaufhaltsam. Die Nährstoffe im Meer waren
verbraucht, die damals lebenden primitiven Mikroorganismen drohten zu
verhungern. Doch die Natur wusste sich zu helfen. In einem faszinierenden
evolutionären Prozess gelang es ihr, neue Nahrungsmittel mithilfe einer
Ressource zu schaffen, die im Überfluss zur Verfügung stand: Sonnenlicht.
Mithilfe der einstrahlenden Energie spalteten die Mikroorganismen Wasser in
seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf und setzten die so gewonnenen
Atome gemeinsam mit Kohlendioxid aus der Luft neu zusammen. Das Ergebnis:
nahrhafter Zucker. Die Menschheit nennt das Verfahren Fotosynthese.
FORSCHER IN ALLER WELT
wollen das revolutionäre Verfahren der Winzlinge nutzen, um der Brennstoffzelle
zum Durchbruch zu verhelfen, die mit Wasserstoff betrieben wird. Diese Vorstufe
des Zuckers produzieren Mikroorganismen bei weitem effektiver und
umweltverträglicher als die Menschen mit ihren High-Tech-Verfahren.
Wissenschaftler vom
Max-Vollmer-Institut der Technischen Universität Berlin haben jetzt aber den
Durchbruch geschafft. Sie isolierten das so genannte Membranprotein
Photosynthese II aus der Blaualge Synechococcus elongatus, das sie als
Spaltmaschine identifiziert hatten. Sie tasteten das Protein mit energiereichen
Röntgenstrahlen ab, die ein Elektronensynchrotron erzeugt. Das Ergebnis: Der
pflanzliche Wasserspalter besteht aus einer Ansammlung von einigen tausend
Atomen, darunter Mangan. „Es war fantastisch, die Struktur der Maschine zu
sehen, die Wasser spalten kann", schwärmt Chemieprofessor Wolfgang Lubitz.
Jetzt machen sich die
Wissenschaftler daran, die Struktur präzise zu ermitteln. „Wenn wir lernen, den
Bauplan zu lesen, können wir den Spaltapparat nachbauen
und zur Wasserstoffproduktion nutzen", so
Lubitz.
Auch Professor Matthias Rögner vom
Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen an der Ruhr-Universität Bochum ist der
Struktur der biologischen Wasserspalter auf der Spur. Er hat allerdings einen
anderen Weg gewählt, sie sichtbar zu machen. Sein Forscherteam vergrößerte den
entsprechenden Bereich der Blaualge mit einem Elektronenmikroskop 30 000fach.
„Schauen Sie: An diesen Ausstülpungen sitzen die Spaltungsmaschinen", sagt der
Bochumer Wissenschaftler und zeigt dabei auf das elektronenmikroskopische Bild.
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BLAUALGE:
Manipulierte Mikroorganismen erschließen unerschöpfliche Energiequellen |
Im Ausland ist das Interesse an der
fotokatalytischen Wasserspaltung vor allem in Ägypten sehr groß. Gemeinsam mit
Professor Abdel-Basset vom Department of Botany der Universität Assiut
bearbeitet Biologieprofessor Klaus Peter Bader von der Universität Bielefeld
Minifabriken, in denen so genannte Cyanobakterien Wasserstoff produzieren. Die
Wissenschaftler untersuchen in diesen Mikroorganismen, die in Meeren, Seen, Böden und
Reisfeldern leben, das Enzym Hydrogenase. Manipulierte
Bakterien werden gemeinsam mit einer Nährlösung in Glasrohre gesperrt und mit
Sonnenlicht bestrahlt. Prompt produzieren sie Wasserstoff. Noch beträgt der
Wirkungsgrad nur wenige Prozent, sodass an eine wirtschaftliche Produktion noch
nicht zu denken ist. „Die Natur bringt es auf 80 Prozent," schwärmt der Berliner
Forscher Lubitz.
Das glauben die Biowasserstoffforscher in
naher Zukunft auch erreichen zu können. Der Bielefelder Wissenschaftler Bader
sieht die Produktionsstätte in Ägypten oder Dubai schon vor sich. Sie besteht
aus unzähligen gläsernen Rohren, in denen Bakterien Wasserstoff produzieren.
DAS GAS WIRD VERFLÜSSIGT und per
Tankschiff in die energiehungrigen Industriestaaten gebracht. Dort treibt es
Autos an und wird in Brennstoffzellen genutzt, ohne Abgase auszustoßen und ohne
die Umwelt zu belasten. Der Bielefelder Professor ist deshalb ganz sicher:
„Biowasserstoff ist der Energieträger der Zukunft."
SABINE UNGER
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